Thermische Beurteilung von THT-Lötstellendesigns für die IPC-konforme Kontaktierung durch Selektivwellenlöten

Abstract:
Wellen- und Selektivlöten werden für die elektrische und mechanische Kontaktierung von bedrahteten Bauteilen verwendet. Durch die stetig steigende Bauteildichte zur Gewährleistung der notwendigen Funktionsintegration steigt auch der Kupferanteil in den Leiterplatten und damit der Wärmeabtransport während des Lötprozesses von der Lötstelle weg. Zusätzlich erschweren die Eigenschaften von bleifreien Loten den gewünschten Durchstieg für eine IPC-konforme Ankontaktierung. Vor allem, weil das Prozessfenster zwischen der höheren Schmelztemperatur des Lotes und der thermischen Belastungsgrenze der Bauteile für bleifreie Lote kleiner ist. Ein adäquates Design der Anbindung der Durchkontaktierung an die Kupferlagen kann hier besonders für mehrlagige Leiterplatten Abhilfe schaffen und den Lotdurchstieg sichern. Die vorliegende Abhandlung untersucht bisher gewählte Ansätze zur Vorhersage des Lotdurchstiegs unter Berücksichtigung und Einordnung der Einflüsse während des Selektivwellenlötprozesses. Daraufhin wird ein Modell vorgeschlagen mit dessen Hilfe die thermischen Eigenschaften des Lötstellendesigns bezüglich des gewünschten Durchstiegs beurteilt und verglichen werden können. Dabei wird die Temperaturverteilung als Beurteilungskriterium im Modell herangezogen. Besonders Wärmefallen als Designelemente zur Reduzierung der Anschlussquerschnittsfläche zeigen einen positiven Einfluss auf die Temperaturentwicklung und -verteilung an der Lötstelle. Der Wärmeübergangskoeffizient zwischen Lot und Lötstelle bestimmt das Simulationsergebnis maßgeblich und bedarf besonderer Berücksichtigung.